MSC 外泌體會受到免疫細胞的攻擊嗎？

细胞外囊泡

在利用细胞外小泡（EVs）作为治疗手段时，我们必须考虑的一个问题是免疫拒绝。在细胞移植过程中，免疫拒绝通常是一个问题，尤其是在异体移植（移植他人的细胞）的情况下，移植的细胞会受到受体的免疫细胞的攻击，难以在体内生存。这也是为什么在异体干细胞移植中必须使用免疫抑制剂的原因。

从干细胞中提取的细胞外小泡（外泌体）据说可以解决这个免疫拒绝问题，可以进行异体移植和投药。然而，据说细胞外小泡也会表达被免疫细胞攻击判断的标志物，即主要组织相容性复合体（MHC，Major Histocompatibility Complex）。那么，细胞外小泡是如何避免免疫细胞攻击的呢？

本文将结合主要组织相容性复合体（MHC）、间充质干细胞（MSC）以及细胞外小泡，进行解释。

MHC的定义与作用

主要组织相容性复合体（MHC，Major Histocompatibility Complex）是一组编码细胞表面蛋白质以识别免疫系统外来物质的遗传基因。那么，为什么MHC如此重要呢？

MHC在免疫应答中的重要性

MHC的作用类似于机场的安检，MHC蛋白质将抗原作为“乘客”呈现给T细胞，起到迅速处理有害物质的作用。

MHC是一种存在于细胞表面的特殊蛋白质，起到识别自身和非自身的重要作用。MHC的主要工作是识别细胞内的异物（例如病原体的一部分，如病毒和细菌等），并将其展示在细胞表面。这个过程为免疫系统的其他成分，尤其是T细胞提供了“信息”，以便它们开始攻击。

MHC主要有两种类型。

MHC-I存在于所有核细胞（即大部分体细胞）中，主要识别感染病毒的细胞和癌细胞。这些细胞通常产生异常蛋白质，MHC-I将这些异常蛋白质呈现给T细胞。

识别MHC（主要组织相容性复合体）类I分子的细胞主要有以下两种：

  1. CD8+ T细胞：这些细胞通过MHC-I分子呈现的抗原进行识别。CD8+ T细胞直接攻击异常细胞，如感染病毒的细胞和癌细胞。与MHC-I分子结合的抗原通过T细胞受体（TCR）被CD8+ T细胞识别，结果是CD8+ T细胞被激活，获得杀死目标细胞的能力。
  2. 自然杀伤细胞（NK细胞）：NK细胞也识别细胞表面的MHC-I分子。然而，NK细胞将MHC-I分子的存在视为“自我”的标志，通常不会攻击。但是，在病毒感染或癌症等情况下，细胞不表达MHC-I分子时，NK细胞将视其为异常并进行攻击。

因此，CD8+ T细胞和NK细胞识别MHC-I分子，但其识别方法和结果有所不同。

另一方面，MHC-II主要存在于免疫系统的某些细胞中，这些细胞称为抗原呈递细胞。这些细胞捕捉并分解体内侵入的异物，并将其与MHC-II结合后运送到细胞表面。它们主要向辅助T细胞呈递抗原，从而启动免疫应答。

了解MSC及其特性

接下来，让我们详细了解多功能干细胞（MSC）。

MSC的起源和功能

MSC源于多种组织的间质细胞，具有分化为多种细胞类型的能力，在再生医学领域起着重要作用。但是，是什么使它们特殊呢？详细信息请参阅这里。

MSC的免疫调节特性

间充质干细胞（MSCs：Mesenchymal Stem Cells）不仅以其广泛的分化能力闻名，还以其强大的免疫调节特性而闻名。MSCs对各种免疫细胞起作用，通过调节它们的功能来控制免疫应答。MSCs的免疫调节能力在抑制炎症反应、促进组织修复以及在自身免疫疾病和移植物抗宿主病（GvHD）的治疗中具有重要意义，对医疗领域非常重要。

以下是MSCs调节免疫应答的一些机制。

  1. T细胞抑制：MSCs能够抑制T细胞的增殖和功能。这主要通过分泌一氧化氮（NO）、前列腺素E2（PGE2）、转化生长因子β（TGF-β）、白细胞介素10（IL-10）和人类白细胞抗原G5（HLAG5）等分子来实现。
  2. B细胞抑制：已报道MSCs可以抑制B细胞的增殖、分化和抗体产生。该过程也依赖于前列腺素E2（PGE2）、转化生长因子β（TGF-β）和白细胞介素10（IL-10）的分泌。
  3. 自然杀伤细胞（NK细胞）抑制：MSCs抑制NK细胞的细胞毒性和增殖。这主要通过抑制白细胞介素2（IL-2）和白细胞介素15（IL-15）的作用，以及分泌前列腺素E2（PGE2）、转化生长因子β（TGF-β）和白细胞介素6（IL-6）参与其中。
  4. 抗原递呈细胞（APC）抑制：MSCs抑制树突状细胞（一种APC）的成熟和功能。这主要通过抑制MHC-II和共刺激分子（CD80、CD86等）的表达来降低其对T细胞的抗原递呈能力。

通过这些机制，MSCs可以调控免疫应答，维持适当的平衡。因此，MSCs在免疫调节疗法和再生医学领域的治疗策略中是重要的细胞。

免疫系统细胞如何识别颗粒和整个细胞（例如细菌和病毒）？

免疫系统识别和攻击细胞全体或颗粒（例如细菌和病毒）的机制主要基于以下过程：

  1. 模式识别受体（Pattern Recognition Receptors，PRRs）的识别：免疫系统的细胞使用称为模式识别受体的特定类型受体识别异物或病原体固有的结构模式。这些模式被称为模式相关分子模式（Pathogen-Associated Molecular Patterns，PAMPs）或损伤相关分子模式（Damage-Associated Molecular Patterns，DAMPs）。
  2. 吞噬作用（Phagocytosis）：某些免疫细胞（如巨噬细胞和中性粒细胞）具有吞噬病原体等细胞全体的能力。这些细胞将病原体内化到细胞内，通过称为溶酶体的细胞内小泡进行降解，最终将其破坏。
  3. 抗原呈递：执行吞噬作用的细胞将分解的病原体的一部分（抗原）结合到MHC分子上并展示在细胞表面。识别该抗原的T细胞会对其产生免疫应答。
  4. 自然杀伤细胞（Natural Killer Cells，NK细胞）的作用：NK细胞具有区分自身细胞和非自身细胞的能力。当特定配体被识别或MHC类I分子缺失被识别时，NK细胞会攻击该细胞。

因此，免疫系统通过多种不同的机制识别并攻击病毒、细菌、寄生虫和其他病原体。这些机制在免疫应答的早期阶段（自然免疫应答）和后期阶段（获得性免疫应答）都起作用。

Exosome：发挥重要作用的微小颗粒

Exosome是在细胞间通信中发 挥重要作用的微小囊泡。详细信息请参考这里。

Exosome在细胞间通信中的作用

这些纳米级囊泡通过将蛋白质、脂质和核酸从一个细胞运输到另一个细胞，对各种生理学和病理学过程产生影响。它们就像细胞之间的文本消息一样存在。

MSC源Exosome中的MHC表达

MHC class1

源自间充质干细胞（MSC）的Exosome具有将母细胞的蛋白质、RNA、DNA等信息装载并运送到其他细胞的能力。因此，MSC表达的MHC class1分子可能也存在于Exosome中。

然而，MSC本身具有免疫抑制性质，并且已知MHC class1分子的表达相对较低。因此，MSC源Exosome中MHC class1的水平可能也是有限的。

此外，Exosome中的成分可以在细胞状态和培养条件下发生显著变化。因此，MSC源Exosome并不总是含有MHC class1的可能性也存在。

MHC class2

由于MSC几乎不表达MHC class2分子，因此MSC源Exosome中的MHC分子表达也可能受限。这可能使Exosome在免疫系统中变得“不易被识别”。然而，已知MSC的MHC表达受其环境影响。特别是在炎症条件或特定细胞因子（例如干扰素-γ）存在的情况下，MSC的MHC class1和class2分子的表达被报道增强。MHC表达的增强可能会影响MSC的免疫调节功能。

MSC Exosome自身会受到免疫排斥吗？

如前所述，能识别MHC class1的细胞主要是CD8T细胞和NK细胞。那么，CD8T细胞和NK细胞能攻击非自身的MSC Exosome吗？

CD8T细胞和NK细胞可能会被激活，但是…

CD8+ T细胞和NK细胞主要参与对细胞本身的免疫反应。虽然这些细胞 具有攻击异常细胞的能力，但它们基本上没有直接攻击小颗粒如Exosome的能力。

Exosome是细胞释放的非常小的囊泡（直径约30-150nm），具有携带多种生物学物质（如蛋白质、脂蛋白、RNA、DNA等）的功能。由于其大小和结构特性，Exosome不容易被免疫系统“识别为细胞”。

然而，由于Exosome表面存在多种蛋白质和抗原，它们有可能引发免疫应答。特别是当Exosome含有非自身抗原或从异常细胞分泌时，这些抗原可能被抗原呈递细胞（APC）识别，进而导致T细胞的活化。因此，Exosome可能间接引导CD8+ T细胞的反应，但不会直接进行“攻击”。

类似地，NK细胞并不直接攻击Exosome。NK细胞主要识别和攻击细胞，并且其活性主要由细胞表面的MHC class1分子的有无调节。然而，Exosome是否间接参与NK细胞的活化的可能性尚未完全理解。

共刺激分子的表达也较低

共刺激分子（Costimulatory molecules）指的是一组分子，提供给T细胞所需的第二信号，以促进其活化。这些分子存在于抗原呈递细胞（APC）上，当抗原识别受体（TCR）仅有抗原识别（第一信号）时不足以引起T细胞的活化时，共刺激分子提供辅助。以下是一些常见的共刺激分子：

  1. CD28：CD28存在于T细胞上，与APC上的B7分子家族（CD80或CD86）相互作用。这是典型的共刺激相互作用，促进T细胞的活化和增殖。
  2. CD40L（CD154）：CD40L存在于T细 胞上，与APC上的CD40相互作用，辅助T细胞的活化。CD40-CD40L相互作用在特别是辅助T细胞（CD4+ T细胞）和B细胞之间起重要作用。
  3. ICOS（Inducible costimulator）：ICOS是CD28家族中的分子，存在于T细胞上，与APC上的ICOSL结合。ICOS信号在特别是活化的T细胞中具有重要作用。

这些只是示例，还有许多其他共刺激分子存在。每个分子在特定的免疫应答和细胞类型中发挥特定的角色。

然而，间充质干细胞（MSC）通常不表达CD28、CD154（CD40L）和ICOS等分子。这是因为这些分子主要在T细胞和抗原呈递细胞（APC）上表达，并在调控免疫应答中起重要作用。例如，CD28和CD154（CD40L）主要在T细胞上表达，ICOS主要在活化的T细胞上表达。

因此，通常不认为这些分子在MSC上表达。这是因为MSC在与免疫系统的相互作用中扮演独特的角色，并且作为其一部分，具有特定的细胞表面分子表达模式。

MHC 引起免疫排斥的机制是什么？

MHC（主要组织相容性复合体）分子引起免疫排斥反应的机制如下：

  1. MHC-I和MHC-II分子具有将其所在细胞状态传递给体内免疫系统的功能。具体来说，它们可以捕获细胞内产生的肽段并在细胞表面展示，向T细胞等免疫细胞传递信息。
  2. 通常情况下，与自身MHC分子结合的肽段不会被自身免疫系统识别并攻击。然而，在移植情况下，如果供体和受体之间的MHC分子类型不匹配，供体的MHC分子将在受体体内被识别为“非自身”。
  3. 受体的免疫系统将供体来源的“非自身”MHC分子视为异物，并启动免疫应答（通过T细胞的攻击）。这是移植物抗宿主病（Graft-versus-Host Disease，GvHD）和移植物排斥反应的基本机制。
  4. 为防止这种反应发生，移植前会评估供体和受体之间的MHC分子的匹配性。评估越高，移植物排斥反应的风险就越低。

因此，MHC分子的匹配性是移植成功的重要因素。然而，通过使用免疫抑制药物来控制体内免疫反应，即使MHC分子不完全匹配，移植也是可能的。

这些发现为免疫学、外泌体生物学和MSC的治疗应用研究打开了新的展望。

结论

了解MSC来源的外泌体上MHC表达与自身免疫排斥反应的关系对于充分利用MSC和外泌体的治疗潜力非常重要。这些元素之间复杂的相互作用就像芭蕾舞的复杂步骤一样吸引着研究者，并为未来带来令人兴奋的突破。

常见问题

1. MHC是什么？ MHC是一组编码细胞表面蛋白质以识别免疫系统外来物质的基因。

2. MSC的特殊特性是什么？ MSC是从许多组织的间质细胞中产生的干细胞，具有分化为多种细胞类型的能力。此外，它们还具有调节免疫反应的特性。

3. 外泌体如何参与细胞间通信？ 外泌体可以从细胞中携带蛋白质、脂质和核酸，对细胞间信息传递起重要作用。

4. MSC来源的外泌体上的MHC表达如何影响免疫排斥反应？ MSC来源的外泌体上的MHC表达可能影响与免疫细胞的相互作用，可能引起免疫排斥反应。

5. 这些相互作用对未来的研究和治疗可能产生什么影响？ 对这些相互作用的理解可能为免疫学、外泌体生物学和MSC的治疗应用研究带来新的展望。

参考文献

  1. Phinney, D. G., & Pittenger, M. F. (2017). Concise Review: MSC‐Derived Exosomes for Cell‐Free Therapy. Stem Cells, 35(4), 851-858.
    • 这篇文章主要关注MSC来源的外泌体用于无细胞治疗。还提到了外泌体的免疫调节能力以及MSC来源的外泌体对免疫应答的影响。
  2. Del Fattore, A., Luciano, R., Pascucci, L., Goffredo, B. M., Giorda, E., Scapaticci, M., … & Muraca, M. (2015). Immunoregulatory Effects of Mesenchymal Stem Cell-Derived Extracellular Vesicles on T Lymphocytes. Cell Transplantation, 24(12), 2615-2627.
    • 这篇文章详细解释了MSC来源的外泌体对T淋巴细胞的免疫调节效应。
  3. Di Trapani, M., Bassi, G., Midolo, M., Gatti, A., Kamga, P. T., Cassaro, A., … & Adamo, A. (2016). Differential and transferable modulatory effects of mesenchymal stromal cell-derived extracellular vesicles on T, B and NK cell functions. Scientific Reports, 6, 24120.
    • 这篇文章详细研究了来自MSC的外泌体对T细胞、B细胞和NK细胞功能的影响。

这些文章从不同的角度研究了MSC来源的外泌体与免疫细胞之间的关系，对于深入了解MSC-外泌体是否会受到免疫细胞的攻击非常有用。然而，根据当前的科学知识和理解，MSC来源的外泌体主要具有免疫调节效应，不容易受到免疫细胞的攻击。

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